一种大型柴油机尾气循环处理系统及处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及柴油机节能减排的相关技术领域，尤其涉及一种大型柴油机尾气循环处理系统及处理方法。
【背景技术】
[0002]柴油机一直以来以其动力大、效率高得到了广泛的应用，尤其是为航海事业的进步做出了巨大的贡献。但是，由于柴油机的燃油品质比较差，尤其在大型船舶中常使用重油作为燃料，排放的尾气对环境的污染比较严重。柴油机排放的尾气最主要为NOx和PM，对于尾气的处理技术，目前主要有机前处理、机内净化以及排放后处理三种方式。机前处理主要是通过改善燃油的品质来实现，例如在燃油中增加一些添加剂，适当提高燃料的十六烷值等；机内净化则是通过对燃烧情况的改善来实现，例如对喷油系统进行改进，对燃烧室的结构进行优化，包括采用增压中冷等相关技术进行实现；排放后处理是对尾气(主要为NOx)进行处理，目前所使用的主要有SCR以及EGR两种技术方法。SCR系统是通过将尾气通入含尿素的装置中还原NOx，EGR系统则是通过将部分尾气引入至进气中混合并进行二次燃烧，从而减少NOx的生成。
[0003]然而，现有EGR系统在一般情况下能够满足对于环境的要求，随着环境条件对燃烧尾气的排放越来越严格，在某些情况下，需要对排放的尾气进行更深入的处理。因此，在现有的EGR系统的基础上进行改进，设计一种更加满足环境要求的系统。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种大型柴油机尾气循环处理系统及处理方法。对尾气中所含的NOx进行处理，并使固体颗粒(PM)的排放限制在一定范围内。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]一种大型柴油机尾气循环处理系统，包括气缸、由纯氧源和惰性气体源组成的进气系统和EGR循环系统；
[0007]所述EGR循环系统包括涡轮增压器、中冷器、洗涤器、气水分离器和EGR风机；
[0008]所述涡轮增压器的输入端通过管路连接气缸的排气端，涡轮增压器的输出端通过管路依次连接中冷器、洗涤器、气水分离器和EGR风机；所述EGR风机通过一具有EGR阀的管路连接气缸的进气端；
[0009]所述进气系统和EGR的纯氧和惰性气体分别通过阀门并联在气缸的进气端；
[0010]所述涡轮增压器与中冷器之间的管路上连接有气缸旁通装置。
[0011]当涡轮增压器输出的尾气气压小于气缸旁通装置气压预设值时，气缸旁通装置处于闭合状态；而当涡轮增压器输出的尾气压力超过该气压预设值时，气缸旁通装置中的阀门自动打开，使一部分尾气气体经过气缸旁通装置的管路流向大气中或者流向下一环节。
[0012]所述纯氧源和惰性气体源的出口均设有阀门。
[0013]本发明通过循环系统中将尾气进行洗涤、增压、冷却等一系列处理，再返回至进气系统中，并伴随新鲜进气(纯氧和惰性气体)混合再进入气缸内进行二次燃烧，降低了燃烧温度和氧气浓度，减少了 NOx的生成。
[0014]一种大型柴油机尾气循环处理方法如下:
[0015]纯氧和惰性气体通过气缸的进气端进入气缸，与此同时，通过调节纯氧和惰性气体供给阀门的开度来，分别控制纯氧和惰性气体流量的大小，从而调节氧气的浓度；
[0016]气缸产生的尾气，一部分直接随排气管排出至大气中，另一部分进入EGR循环系统，进入循环系统的尾气量由其回路中的EGR风机和EGR阀共同控制，具体如下:
[0017]尾气首先通过涡轮增压器进行增压，以使尾气顺利流向下一级管路中，中冷器对来自涡轮增压器的尾气进行降温，经过降温的尾气通过洗涤器，以除去尾气中的酸性气体，再通过气水分离器将尾气中的水分清除，然后通过EGR风机和EGR阀共同调节尾气的流量，以控制通过气缸进气端流入气缸内的尾气量；进入气缸内的尾气与纯氧和惰性气体混合，并在气缸中进行二次燃烧。
[0018]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0019]1、本发明与传统方法的进气成分不同。传统的EGR系统在进气系统中通过将燃油与空气进行混合，空气中的队是NOx的一个主要来源。而本发明将惰性气体及纯氧的组合代替空气，这样就避免了空气中的氮元素经过高温燃烧转化成NOx，从而从根源上减少了NOx的生成，实现了尾气的净化处理。
[0020]2、本发明中气缸的进气部分为纯氧，并可以调节其所占的浓度。在系统设计中，设置纯氧的百分含量比在空气中略高，因此可以在保证油耗率的前提下，使燃料燃烧更充分，从而减少固体颗粒的生成。
[0021]3、本发明在进气系统中分别设有阀门来控制惰性气体及纯氧的气体流量的大小。可以根据所排放的尾气的情况调节氧气的浓度，循环废气量的多少，在这种情况下可以实时对尾气中所含的有害物质进行调节。
[0022]4、本发明在涡轮增压器旁并联一个气缸旁通装置，主要是防止尾气在经过涡轮增压器后压力太高而发生喘振、倒吸等现象。在压力正常时，气缸旁通装置是闭合状态的；而当压力增大到一定程度(事先设定)时，气缸旁通装置中的阀门就会打开，使超压的尾气气体经过排至大气中或者进入下一环节。有效的控制了整个EGR循环系统的压力范围。
[0023]5、本发明具有效率高、转化率高等特点。与传统的方法相比，通过控制氧气浓度以控制固体颗粒的生成；避免空气中的N2及增加EGR率以减少NOx的生成。两者的组合能够减少柴油机尾气中最主要的污染物(NOx及PM)的排放。
[0024]6、本发明技术手段简便易行，它的应用将有利于尾气处理技术的进一步提高，更有利于环境保护。
【附图说明】
[0025]图1为本发明结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0027]实施例
[0028]如图1所示。本发明公开了一种大型柴油机尾气循环处理系统，包括气缸、由纯氧